CN111220141B - 一种保偏光纤环端子与集成光学芯片直接耦合的对轴方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保偏光纤环端子与集成光学芯片直接耦合的对轴方法，从保偏光纤环端子的端面观测和耦合夹具装夹两个耦合过程实现保偏光纤环端子与集成光学调制器芯片直接耦合。通过本发明的技术方案，解决了光纤陀螺中由于熔点产生附加光学非互易误差，进而导致光纤陀螺性能劣化的问题，提高了耦合角度误差辨识的精度和速度，达到偏振轴耦合角度的精确控制。

Description

一种保偏光纤环端子与集成光学芯片直接耦合的对轴方法

技术领域

本发明属于集成光学芯片耦合封装技术领域，尤其涉及一种保偏光纤环端子与集成光学调制器芯片直接耦合的对轴方法。

背景技术

在光纤陀螺的制造过程中，光纤环和多功能集成光学调制器的连接可以通过尾纤熔接的方法来实现。熔接过程要求一定长度的尾纤，尾纤的盘绕在一些应用中会影响光纤陀螺的性能，对于高精度光纤陀螺，提高性能是这类陀螺的主要诉求，提高性能的重要手段是尽量降低光纤环和多功能集成光学调制器组合(敏感环模块)中的非互易误差，敏感环模块中产生非互易误差的来源主要是光纤环绕制和尾纤处理两个过程，目前通过精密绕环可以显著降低光纤环中的非互易误差，尾纤处理中由于叠纤、长度不对称、位置不紧密等产生的非互易误差是进一步提高高精度光纤陀螺性能的主要障碍；对于低精度的光纤陀螺，压缩体积是其主要诉求，较长的尾纤处理会增加敏感环模块的体积。此外，熔点的存在会带来可靠性和熔点反射引起额外非互易干涉误差的问题。

通过对光纤环的尾纤研磨后直接与波导芯片进行耦合，可以显著减少尾纤处理的长度，提高敏感环路对称性，提高光纤陀螺性能的同时适当的降低小型化敏感环的体积。

直接耦合的难点在于研磨后的光纤环的光纤端子表面需要保护，使得保偏光纤与Y波导芯片的对轴，以及光功率监控优化较为困难，光功率监控可以通过搭建类似光纤陀螺光路系统来进行监控，保偏光纤与Y波导芯片的对轴较难处理，目前已有的直接耦合技术方案不多，通常通过光纤端子的几何端面勉强对轴或者通过复杂的成像系统在线观测，以上两种方法分别会带来对轴精度不高(耦合偏振串音高于30dB要求对轴角度误差小于0.5°)以及耦合效率很低、系统实现较困难的问题。

为了实现光纤陀螺中集成光学调制器芯片与保偏光纤环的直接耦合，消除光纤陀螺中熔点产生的非互易误差，设计简便的保偏光纤环与芯片直接耦合时的对轴方案是解决问题的关键。

发明内容

本发明为实现光纤陀螺中集成光学调制器芯片与保偏光纤环端子直接耦合，提出一种芯片与保偏光纤环的直接耦合对轴方法，用于降低光纤陀螺中的非互易误差。

为实现上述技术目的，本发明的具体技术方案如下：

一种保偏光纤环端子与集成光学芯片直接耦合的对轴方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将保偏光纤环的尾纤去涂敷层后，与U型光纤槽通过固化胶粘接后进行研磨抛光形成保偏光纤环端子；

S2：将所述保偏光纤环端子通过夹持装置安装于耦合夹具中；

S3：将所述耦合夹具放置于显微镜下，测量所述保偏光纤的偏振轴与所述耦合夹具之间的夹角θ；

S4：将所述耦合夹具的侧面紧靠耦合夹具控位杆并与耦合平台的基准面对准装配，将待耦合芯片水平置于芯片夹具上；

S5：利用六维微调架调节耦合平台的角度以补偿所述保偏光纤的偏振轴与所述耦合夹具之间的夹角θ，保证所述保偏光纤的偏振轴与耦合平台之间的角度小于要求值，则所述保偏光纤的偏振轴与所述待耦合芯片的传播模式偏振态一致，即所述待耦合芯片的传播模式偏振态平行于所述耦合平台。

进一步地，所述步骤S3中，可将所述耦合夹具放置于40倍以上的CCD观测平台上，测量所述保偏光纤的偏振轴与所述耦合夹具之间的夹角θ。

本发明的有益效果在于：

1.利用消除熔点的方式，解决了光纤陀螺中由于熔点产生附加光学非互易误差，进而导致光纤陀螺性能劣化的问题，为高精度光纤陀螺的研制提供了可靠的技术途径；

2.采用放大耦合误差的方式(将耦合光纤端子的mm级的装配误差产生的对轴耦合角度误差放大到耦合夹具的cm级别来进行辨识)，提高了耦合角度误差辨识的精度和速度，达到偏振轴耦合角度的精确控制；

3.采用的技术方案具有可重复性与普适性，适用于不同结构设计的保偏光纤环端子的光轴对准。同时，采用保偏光纤环端子端面观测找轴并手动补偿的方法实现光纤环端子与芯片的直接耦合，无附加的工艺难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1(a)为集成光学调制器芯片与保偏光纤环尾纤熔接方式连接；

图1(b)为保偏光纤环尾纤与集成光学调制器芯片直接对轴耦合方式连接；

图2是本发明的保偏光纤环的耦合端子示意图；

图3是本发明的保偏光纤环端子装夹于耦合夹具的示意图；

图4(a)是本发明的待耦合芯片装夹于耦合平台的示意图；

图4(b)是本发明的保偏光纤环端子装夹于耦合平台的示意图。

附图标号说明：

1-集成光学调制器芯片；2-保偏光纤尾纤熔点；3-保偏光纤环；4-集成光学调制器芯片保偏尾纤端子；5-保偏光纤环端子；6-保偏光纤；7-固化胶；8-U型光纤槽；9-耦合夹具；10-夹持装置；11-耦合夹具控位杆；12-耦合平台；13-芯片夹具；14-待耦合芯片。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明针对高精度光纤陀螺对光路非互易误差以及光路装配有较高的需求，采用保偏光纤环端子5与集成光学调制器芯片1直接耦合的对轴方式，来替代传统的保偏光纤环3的尾纤与集成光学调制器芯片1的保偏光纤尾纤熔接的方式，消除由于附加的保偏光纤熔点2产生的非互易光路偏振误差，同时能够降低光路装配中的尾纤处理，如图1所示，采用该光路方案的关键在于保偏光纤环端子5与集成光学调制器芯片1直接耦合时光轴的对准，即需要设计耦合方案以满足光纤陀螺对光轴对准偏差(即偏振串音)的要求。本发明设计采用的保偏光纤环端子5对准方案为：采用耦合夹具9放大的方式监控光纤光轴与芯片传输模式偏振态的对准，以满足耦合偏振串音的要求。

本发明的一种保偏光纤环端子与集成光学芯片直接耦合的对轴方法，包括以下步骤：

S1：将保偏光纤环3的尾纤去涂敷层后，与U型光纤槽8通过固化胶7粘接后进行研磨抛光形成保偏光纤环端子5；

S2：将保偏光纤环端子5通过夹持装置10安装于耦合夹具9中；

S3：将耦合夹具9放置于显微镜下，测量保偏光纤6的偏振轴与耦合夹具9之间的夹角θ；

S4：将耦合夹具9的侧面紧靠耦合夹具控位杆11并与耦合平台12的基准面对准装配，将待耦合芯片14水平置于芯片夹具13上；

S5：利用六维微调架调节耦合平台12的角度以补偿保偏光纤6的偏振轴与耦合夹具9之间的夹角θ，保证保偏光纤6的偏振轴与耦合平台12之间的角度小于要求值，则保偏光纤6的偏振轴与待耦合芯片14的传播模式偏振态一致，即所述待耦合芯片(14)的传播模式偏振态平行于所述耦合平台(12)。

步骤S3中，可将耦合夹具9放置于40倍以上的CCD观测平台上，测量保偏光纤6的偏振轴与耦合夹具9之间的夹角θ。

实施例1

保偏光纤环3的尾纤去涂敷层后，与U型光纤槽8通过固化胶7粘接后进行研磨，制造出保偏光纤环端子5，保偏光纤环端子5的A线和B线之间的夹角小于0.2°，A线为保偏光纤的猫眼基线，代表保偏光纤中光束的一个偏振态，B线为保偏光纤环端子5的上表面基线，如图2所示。在长度L_f为1-1.5mm的保偏光纤环端子5与耦合夹具9的装配过程中，由于夹持装置10固定保偏光纤环端子5时未将其底面与耦合夹具9的表面压实，这一微小的装配误差使保偏光纤环端子5与耦合夹具9之间产生夹角θ，该夹角很容易超过0.5°。

通过端面观察的方法在耦合过程中识别并补偿该误差，如图3所示。耦合夹具9的尺寸L_c为1cm-3cm，具体规格由实际设计确定，将耦合夹具9的侧面紧靠耦合夹具控位杆11并与耦合平台12的基准面对准装配后，耦合夹具9的底面E线与耦合平台12的调节基准线平行，同时也与D面平行，这三个面的加工和装配误差由于精密加工和装配面积增加，可以降低至0.1°，通过一个测量显微镜，或一个40倍以上CCD观测平台，辨识保偏光纤环端子5的底面即C面和耦合夹具9的D面之间的夹角θ，记录下夹角θ，在耦合过程中通过调节耦合平台12来补偿夹角θ，即使得E面与水平面F面呈θ角。芯片传输模式的偏振态平行于水平面F，如图4(a)和图4(b)所示，这样就可以使耦合过程中的夹角小于0.5°，保证耦合对轴角度误差小于要求值。

以上光纤对轴的关键在于耦合夹具9和耦合平台12的加工与装配的精度，以及保偏光纤端面识别和角度测量精度。在高倍显微镜下观察光纤端面，精确的角度测量和耦合平台旋转角度能够将对准误差降低至0.2°。

本发明从保偏光纤环端子5的端面观测和耦合夹具9装夹两个耦合过程实现保偏光纤环端子5与集成光学调制器芯片1直接耦合的对轴方法设计，能够大大降低光路非互易性偏振误差，为高精度光纤陀螺的研制提供了有效可行方案。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种保偏光纤环端子与集成光学芯片直接耦合的对轴方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将保偏光纤环(3)的尾纤去涂敷层后，与U型光纤槽(8)通过固化胶(7)粘接后进行研磨抛光形成保偏光纤环端子(5)；

S2：将所述保偏光纤环端子(5)通过夹持装置(10)安装于耦合夹具(9)中；

S3：将所述耦合夹具(9)放置于显微镜下，测量所述保偏光纤(6)的偏振轴与所述耦合夹具(9)之间的夹角θ；

S4：将所述耦合夹具(9)的侧面紧靠耦合夹具控位杆(11)并与耦合平台(12)的基准面对准装配，将待耦合芯片(14)水平置于芯片夹具(13)上；

S5：利用六维微调架调节耦合平台(12)的角度以补偿所述保偏光纤(6)的偏振轴与所述耦合夹具(9)之间的夹角θ，保证所述保偏光纤(6)的偏振轴与耦合平台(12)之间的角度小于要求值，则所述保偏光纤(6)的偏振轴与所述待耦合芯片(14)的传播模式偏振态一致，即所述待耦合芯片(14)的传播模式偏振态平行于所述耦合平台(12)。

2.根据权利要求1所述的一种保偏光纤环端子与集成光学芯片直接耦合的对轴方法，其特征在于，所述步骤S3中，可将所述耦合夹具(9)放置于40倍以上的CCD观测平台上，测量所述保偏光纤(6)的偏振轴与所述耦合夹具(9)之间的夹角θ。

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